重金属铅对豇豆种子的萌发及幼苗生长的影响

赵淑玲， 王 瀚， 赵桂芳， 卓平清

（陇南师范高等专科学校生命科学与技术系， 甘肃 陇南742500）

随工业快速发展，产生的废水、废气、废渣对环境造成一定的危害，三废的排放严重污染了土壤、水体和大气，导致环境恶化。过量的重金属一旦进入环境，特别是进入土壤就很难予以排除，并且在生物体内有有机化的趋势，重金属污染产生的危害更大［1］。铅（Pb）在环境中滞留时间较长，产生的污染较大且难以治理［2］。重金属铅（pb）不是植物所需元素，在植物体内具有一定的累积性，并对植物产生毒害。

豇豆（Vigna unguiculata（Linn.）Walp）是豆科豇豆属一年生草本植物，嫩荚可作蔬菜，为多地春夏主要蔬菜之一。本实验以豇豆为材料，观察不同浓度Pb2＋处理对豇豆种子萌发及根的生长，叶绿素含量、SOD、POD等指标的影响，更进一步认识重金属离子对蔬菜生长发育的胁迫机理，并为土壤修复提供理论参考。

1 试验材料与方法

1.1 材料、仪器及试剂

豇豆种子为农望新杂二号，购自江西农望高科技有限公司；RQH－250人工培养箱（金坛市医疗仪器厂），L－500离心机（姜堰新康医疗器械有限公司），SP－723PC分光光度计（上海光谱仪器有限公司），HS 1810－2纯水机（重庆阿修罗科技发展有限公司），BCD－206TXZF冰箱（青岛海尔集团公司），XYH－2A双目解剖镜（上海沪铄电子科技有限公司），其他试剂如乙醇、NBT等试剂均为分析纯（天津大茂化学试剂厂生产）。

1.2 试验方法

豇豆种子以0.3%的KMnO4溶液消毒30s，蒸馏水冲洗3～5次，挑去破损、瘪、坏种子，选取籽粒饱满一致，无破损的豇豆种子均匀播在铺有2层滤纸的培养皿中，每皿20粒，期间分别浇100，200，400，600 mg／L（以Pb2＋浓度计）的硝酸铅溶液，每个处理设置3次重复，并每日及时补充相应浓度的铅离子溶液，以纯水处理种子为对照。处理温度为25℃，5d后进行生理生化指标测定。

1.2.1 种子萌发测定种子催芽24h后开始统计。发芽率公式如下［3］：发芽率（%）＝发芽总粒数／试验总粒数×100%。

1.2.2 幼苗根长及根毛变化情

从种子胚根长出后开始每天观察，在第5天，每皿随机抽取10株置体式显微镜下观察，并记录根毛数量及主根长度。

1.2.3 叶绿素、SOD、POD含量测定

参照王学奎［4］的方法测定叶绿素含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD），SOD用NBT还原法进行测定。

1.2.4 实验数据统计方法

数据分析以SPSS 13.0软件进行，定量指标以x±s表示。

2 结果与分析

2.1 对豇豆种子萌发率的影响

由图1可见，不同Pb2＋浓度处理豇豆种子的发芽率与纯水处理豇豆种子的发芽率相比较变化不大（p＞0.05），发芽率均在95%及以上，由此推测，可能是Pb2＋对豇豆种子的萌发没有抑制作用［5］，也可能是豇豆种子质量、体积较大，且种皮较厚，在萌发期间能够有效阻止重金属离子的渗透，导致处理组与对照组萌发率差异不大。

图1 Pb2＋胁迫对种子发芽率的影响

2.2 对幼苗根长及根毛发育的影响

处理第2天，对照组与处理组主根生长从长度、色泽上未见明显差异，但对照组主根均出现细小根毛，而不同浓度处理组暂时没有根毛发生，随后几天，处理组开始出现根毛，根毛疏密程度、主根的长度等与处理浓度有一定的相关性，主根长度、根毛发生情况与处理浓度呈负相关性，当处理浓度达400～600mg／L时，主根上根毛稀疏，根尖发黑萎缩。各处理组主根长度与对照组长度有显著差异（p＜0.01）。表明，随Pb2＋浓度的增加，豇豆幼苗根的生长发育抑制逐渐增强，豇豆幼苗主根及根毛的生长受到胁迫。

培养5d豇豆幼苗生长情况如图2。

培养5d后豇豆幼苗主根长度及根毛发生情况见表1。

表1 培养5d后根长及根毛发生情况

2.3 对叶绿素含量的影响

叶绿素和类胡萝卜素是高等植物光合作用过程中主要光合色素和辅助色素，其含量的高低是反映植物光合作用能力和生长的一个重要指标。如表2所示，对照组（ck）总叶绿素含量与类胡萝卜素含量分别为6.18，1.61mg／g，均高于处理组，处理组的总叶绿素与类胡萝卜素的含量随Pb2＋离子浓度的增加而降低，呈负相关性（p＜0.05），表明，随 Pb2＋浓度的增大，叶绿素和类胡萝卜素的合成受到阻碍，从而影响植物的光合作用。

图2 Pb2＋不同浓度处理5d后豇豆幼苗形态

表2 不同Pb2＋浓度对豇豆幼苗体内叶绿素及类胡萝卜素含量（mg／g）（FW）的影响

2.4 对SOD活性的影响

SOD是生物体内重要的抗氧化酶，它具有特殊的生理活性，能清除超氧自由基。由图3可以看出，豇豆幼苗SOD活性随Pb2＋浓度增加，呈现先降低后升高的趋势，与王景［6］研究结论一致。当Pb2＋浓度在200mg／L时，SOD活性达到最高，当Pb2＋浓度在100，400mg／L和600mg／L时，SOD活性均低于对照组，600mg／L时，SOD活性最低；表明，在低浓度范围内，豇豆幼苗对Pb2＋有一定的耐受性，但在200mg／L时，SOD又升高，可能是豇豆幼苗在逆境中的一种应激反应，是在外界环境胁迫下，短时间内活性氧爆发，诱导SOD酶的合成，增强了SOD酶的活性［7］。但当重金属离子浓度大，作用时间长时，SOD酶的活性受到抑制。

图3 不同Pb2＋浓度对豇豆幼苗体内SOD活性影响

2.5 对POD活性的影响

POD主要存在于植物体中，其活性较高。它与呼吸作用、光合作用、生长素的氧化等都有关系。H2O2是光合作用电子传递过程及反应过程中的产物，过多H2O2会对细胞造成伤害，POD能清除植物体内过多的H2O2，维持体内H2O2平衡，使细胞正常工作［8］。

图4 不同Pb2＋浓度对豇豆幼苗体内POD活性影响

由图4可看出，随Pb2＋浓度的增加，POD活性先上升后下降，总体呈现上升趋势。Pb2＋浓度为400 mg／L时，POD活性达到峰值，为对照组的5.6倍，Pb2＋浓度为600mg／L时，POD活性下降，但仍高于对照组。表明重金属离子的胁迫会导致POD酶活性的增强。活性的增强可能是铅胁迫后，在植物体内产生了一些有害的过氧化物，从而激发了POD的活性，是植物对逆境的积极响应。

3 讨 论

我国铅锌矿存储量较高，在工业化进程中，大量的含铅废水等进入土壤，随食物链进入人体，对人和动物造成危害，近年来屡有铅污染事例的发生。

本试验用不同Pb2＋浓度作用于豇豆种子，对其萌发及根生长、生理生化指标的测定，发现不同Pb2＋浓度对豇豆种子的萌发没有抑制作用，但对豇豆幼苗的主根生长、根毛的发生有一定的关联，生长状况与Pb2＋浓度呈负相关性。表明高浓度的铅对植物主根生长及根毛发生有危害，影响根系对水分、矿物质的吸收，抑制植物的正常生长。

叶绿素和类胡罗卜素是绿色植物进行光合作用的主要色素和辅助色素，其含量的高低，是衡量光合作用能力及植物生长状态的一个重要指标。试验中，随Pb2＋浓度增加，叶绿素和类胡罗卜素的含量、叶绿素值呈逐渐递减。研究表明，重金属离子能破坏叶绿体结构，随重金属离子浓度的增高，叶绿体的类囊体会出现空泡，基粒片层稀疏、垛叠无序，甚至导致膜系统崩溃［9－10］。Kupper研究表明，Pb2＋能取代叶绿素分子中的Mg2＋，从而破坏叶绿体的结构，影响光合色素的合成［11］，同时Pb2＋能抑制原叶绿素酸酯还原酶和氨基－g－酮戊酸的合成，使叶绿素含量降低［12］。据此可推测，随Pb2＋离子浓度增高，豇豆幼苗体内叶绿体结构遭到破坏，光合色素合成减少，从而影响豇豆的光合作用、生长及发育。

重金属处理植物幼苗，会导致植物细胞核、线粒体等细胞器的变形，尤其是线粒体对重金属离子敏感，Pb2＋能抑制线粒体氧化磷酸化、线粒体膜上ATP酶及其它酶的活性［10］。在试验中，豇豆幼苗体内SOD、POD随Pb2＋浓度的增加，SOD、POD活性先升高后下降，POD活性总体呈上升的趋势，可能是植物体内的SOD、POD等酶协同作用，维持体内活性氧处于较低状态，但在有外来不利环境胁迫下，活性氧数量增加，导致诱导酶活性增强，激发植物对胁迫反应［7］。

铅对植物的危害是多方面的，其机理十分复杂。研究植物对重金属离子的抗逆作用，有利于修复重金属污染的土壤，保护环境，造福人类。

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